一種高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的微波快速燒結(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明介紹了一種高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的微波快速燒結(jié)方法，該方法屬于陶瓷材料的微波燒成。將排膠后的氮化鋁陶瓷基片坯體放入微波燒結(jié)腔內(nèi)的輔熱保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)，疊放整齊，片與片之間均勻的撒上氮化硼粉末，輔熱保溫結(jié)構(gòu)由氧化鋁纖維板、氮化硼匣缽以及高純石墨板構(gòu)成，微波燒結(jié)頻率為2.45GHz，通入含氫6～10％的氮氣氛，常壓微波燒結(jié)溫度1700～1750℃，升溫速率為8～10℃/min，保溫2小時，隨爐冷卻，至400℃以下時開爐取出，得到致密的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片燒結(jié)體，變形小，熱導(dǎo)率>150W/(m·K)。本發(fā)明與傳統(tǒng)的通過對流、傳導(dǎo)或輻射加熱的方式不同，它是利用微波具有的特殊波段與材料的基本結(jié)構(gòu)耦合產(chǎn)生熱量，利用材料的介質(zhì)損耗使其以材料整體加熱的方式加熱，再結(jié)合特殊的微波燒結(jié)結(jié)構(gòu)和燒結(jié)工藝快速均勻燒結(jié)，具有燒結(jié)溫度低、時間短、能耗低、質(zhì)量好、效率高等優(yōu)勢。
【專利說明】一種高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的微波快速燒結(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無機非金屬材料氮化鋁陶瓷的燒結(jié)方法，特別是涉及一種高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的微波快速燒結(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鋁陶瓷是近幾年發(fā)展起來的一種新型陶瓷材料，由于其導(dǎo)熱率高和絕緣性能好而使其在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)良的熱性能、機械性能使其在高功率封裝以及多芯片組裝等領(lǐng)域用作高散熱基板，大有取代氧化鈹、碳化硅及氧化鋁的趨勢，在微電子、光電子、電力電子及功率電子等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。從市場增長率來看，它是目前市場增長最快的陶瓷材料之一，據(jù)Keramont公司統(tǒng)計，歐、美、日等國的氮化鋁基片的市場需求增長率分別為60%、80%和40%，封裝的市場增長率接近100%。在國內(nèi)，氮化鋁基片的市場需求也在急劇增長。
[0003]氮化鋁陶瓷作為一種新型的高導(dǎo)熱非氧化物陶瓷材料，目前國內(nèi)還沒有可供借鑒的成熟工藝和工藝設(shè)備，國外對氮化鋁制備技術(shù)報道也很少。氮化鋁陶瓷是一種難燒結(jié)的非氧化物材料，在高溫下無熔點，直接升華，氮化鋁陶瓷的燒結(jié)通常采用添加燒結(jié)助劑的常壓燒結(jié)或在高溫加壓的熱壓條件下燒結(jié)而成。熱壓燒結(jié)的設(shè)備成本高且一次燒結(jié)量較少，燒結(jié)周期長且燒結(jié)損耗較大，造成氮化鋁陶瓷基片的成本偏高，難以適應(yīng)激烈的市場競爭。常壓燒結(jié)所需設(shè)備相對簡單，生產(chǎn)成本低，但燒結(jié)溫度高，易變形，不易致密化，造成氮化鋁陶瓷基片的質(zhì)量無法保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種新的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的快速燒結(jié)方法， 采用此方法，可以加快燒結(jié)進程，在較低的溫度、較短的時間內(nèi)，在常壓下燒結(jié)出致密的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片。具有升溫速度快，燒結(jié)溫度低，保溫時間短，性能較好，節(jié)約能源，生產(chǎn)效率高的特點，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所述高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的快速燒結(jié)方法為:將排膠后的氮化鋁陶瓷基片坯體放入微波燒結(jié)腔內(nèi)的輔熱保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)，疊放整齊，片與片之間均勻的撒上氮化硼粉末，輔熱保溫結(jié)構(gòu)由氧化鋁纖維板、氮化硼匣缽以及高純石墨板構(gòu)成，微波燒結(jié)頻率為2.45GHz，通入含氫6~10%的氮氣氛，常壓微波燒結(jié)溫度1700~1750°C，升溫速率為8~10°C /min,保溫2小時，隨爐冷卻，至400°C以下時開爐取出，得到致密的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片燒結(jié)體。
[0006]本發(fā)明的工作原理是:利用微波能轉(zhuǎn)化為分子的動能和熱能，以一種“體加熱的方式”整體均勻加熱，不易變形，且由于微波的活化性能，在較低的溫度致密燒結(jié)氮化鋁陶瓷基片，成本大幅度下降，再結(jié)合高純石墨板的微波反射效果及還原性氣氛的激發(fā)，通過含氫的氮氣氛在燒結(jié)后期的晶界凈化，最終得到高質(zhì)量的氮化鋁陶瓷基片。
[0007]本發(fā)明的有益效果是，微波燒結(jié)是利用微波加熱對材料進行燒結(jié)，它同傳統(tǒng)的加熱方式不同，傳統(tǒng)的加熱是依靠發(fā)熱將熱能通過對流、傳導(dǎo)或輻射方法傳遞至被加熱物質(zhì)而達到某一溫度，熱量從外向內(nèi)傳遞，燒結(jié)時間長，能耗高；而微波燒結(jié)是利用微波具有的特殊波段與材料的基本結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，材料的介質(zhì)損耗使其材料整體加熱的一種加熱方式，再結(jié)合特殊的微波燒結(jié)結(jié)構(gòu)和燒結(jié)工藝快速均勻燒結(jié)，因而具有燒結(jié)溫度低、保溫時間短、改善燒結(jié)環(huán)境、能耗低等一系列優(yōu)勢。故微波加熱的效率高，比傳統(tǒng)方法省電30~70%，大大降低了生產(chǎn)成本，而且工業(yè)微波爐結(jié)構(gòu)簡單，自動化運行，易于維護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]為了更清楚地說明本發(fā)明的實施例，下面對實施例中需要使用的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，不能認(rèn)為是對本發(fā)明的保護范圍的限制。
[0009]圖1為本發(fā)明實施例的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的微波快速燒結(jié)方法中氮化鋁陶瓷基片的微波爐內(nèi)燒結(jié)時的示意圖。
[0010]
【具體實施方式】
[0011]將排膠后的氮化鋁陶瓷基片坯體放入微波燒結(jié)腔內(nèi)的輔熱保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)，疊放整齊，片與片之間均勻的撒上氮化硼粉末。氮化鋁陶瓷基片坯體的最大尺寸不超過150_。微波燒結(jié)腔為類似球形或圓柱形狀腔體，且以30轉(zhuǎn)/min的速度勻速旋轉(zhuǎn)。輔熱保溫結(jié)構(gòu)由氧化鋁纖維板、氮化硼匣缽以及高純石墨板構(gòu)成，如圖1所示，高純石墨板最大尺寸與氮化鋁陶瓷基片坯體的最大尺寸一致，能覆蓋整個氮化鋁陶瓷基片坯體，且上石墨板直接壓在氣化招陶瓷基片還體上，兩塊聞純石墨板之間的距尚范圍是石墨板最大尺寸的1/2至石墨板最大尺寸。微波燒結(jié)頻率為2.45GHz,通入含氫6~10%的氮氣氛,常壓微波燒結(jié)溫度1700~1750°C，升溫速率為8~10°C /min，保溫2小時，隨爐冷卻，至400°C以下時開爐取出，得到致密的高質(zhì)量氮化鋁 陶瓷基片燒結(jié)體。
[0012]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0013]實施例1:
排膠后的氮化鋁陶瓷基片坯體I放入微波燒結(jié)腔內(nèi)的輔熱保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)，疊放整齊，片與片之間均勻的撒上氮化硼粉末，氮化鋁陶瓷基片坯體I尺寸為150mmX150mmX3mm，微波燒結(jié)腔為球形腔體，以30轉(zhuǎn)/min的速度勻速旋轉(zhuǎn)。輔熱保溫結(jié)構(gòu)由氧化鋁纖維板2、氮化硼匣缽3以及高純石墨板4構(gòu)成，如圖1所示，氮化硼匣缽3的內(nèi)尺寸是180mmX 180mmX 10Omm,高純石墨板4尺寸為150mmX 15CtamX8臟,上下石墨板之間的距離為75mm，上石墨板直接壓在氮化鋁陶瓷基片坯體I上。微波燒結(jié)頻率為2.45GHz，通入含氫10%的氮氣氛，常壓微波燒結(jié)溫度1750°C，升溫速率為10°C /min,保溫2小時，隨爐冷卻，至400°C以下時開爐取出，得到致密的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片燒結(jié)體。經(jīng)測定，制得的氮化鋁陶瓷基片的密度為3.26g/cm3，抗彎強度為448MPa，熱導(dǎo)率為178 ff/(m.K)，燒結(jié)后表面光潔度高，呈淺黃色，顏色均勻。
[0014]實施例2:
排膠后的氮化鋁陶瓷基片坯體I放入微波燒結(jié)腔內(nèi)的輔熱保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)，疊放整齊，片與片之間均勻的撒上氮化硼粉末，氮化鋁陶瓷基片坯體尺寸為Φ80mmX2mm，微波燒結(jié)腔為圓柱形腔體，以30轉(zhuǎn)/min的速度勻速旋轉(zhuǎn)。輔熱保溫結(jié)構(gòu)由氧化鋁纖維板2、氮化硼匣缽3以及高純石墨板4構(gòu)成,如圖1所示,氮化硼匣缽3的內(nèi)尺寸是Φ IOOmmX60mm,高純石墨板4尺寸為ΦSOmmX 5mm，上下石墨板之間的距離為40mm，上石墨板直接壓在氮化鋁陶瓷基片坯體上。微波燒結(jié)頻率為2. 45GHz，通入含氫6%的氮氣氛，常壓微波燒結(jié)溫度1700°C，升溫速率為8°C /min，保溫2小時，隨爐冷卻，至400°C以下時開爐取出，得到致密的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片燒結(jié)體。經(jīng)測定，制得的氮化鋁陶瓷基片的密度為3.25g/cm3，抗彎強度為396MPa，熱導(dǎo)率為152 ff/(m.K)，燒結(jié)后表面光潔度高，呈淺黃色，顏色均勻。
【權(quán)利要求】
1.一種高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的微波快速燒結(jié)方法，其特征是，將排膠后的氮化鋁陶瓷基片坯體放入微波燒結(jié)腔內(nèi)的輔熱保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)，疊放整齊，片與片之間均勻的撒上氮化硼粉末，輔熱保溫結(jié)構(gòu)由氧化鋁纖維板、氮化硼匣缽以及高純石墨板構(gòu)成，微波燒結(jié)頻率為2.45GHz，通入含氫6~10%的氮氣氛，常壓微波燒結(jié)溫度1700~1750°C，升溫速率為8~IO0C /min,保溫2小時，隨爐冷卻，至400°C以下時開爐取出，得到致密的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片燒結(jié)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的微波快速燒結(jié)方法，其特征是，所述氮化鋁陶瓷基片坯體的最大尺寸不超過150mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的微波快速燒結(jié)方法，其特征是，所述微波燒結(jié)腔為類似球形或圓柱形狀腔體，且以30轉(zhuǎn)/min的速度勻速旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基片的微波快速燒結(jié)方法，其特征是，所述高純石墨板最大尺寸與氮化鋁陶瓷基片坯體的最大尺寸一致，能覆蓋整個氮化鋁陶瓷基片坯體，且上石墨板直接壓在氮化鋁陶瓷基片坯體上，兩塊高純石墨板之間的距離范圍是石墨板最大尺寸的1/2至 石墨板最大尺寸。
【文檔編號】C04B35/64GK103880435SQ201410133055
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊潤華, 曾小峰, 張弓 申請人:新化縣天和材料科技有限公司